阅读说明：本技术 一种基于旋转电机和滚珠丝杠的单向双级增力式电子机械制动执行器 (One-way two-stage boosting type electronic mechanical brake actuator based on rotating motor and ball screw ) 是由 杨坤 王杰 陈玉 谭迪 肖锦钊 李红旗 王鑫恫 周稼铭 于 2019-10-19 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种应用于汽车上的基于旋转电机和滚珠丝杠的单向双级增力式电子机械制动执行器,包括旋转电机及运动转换装置、安装基体、双级增力机构三部分；电机通过滚珠丝杠将电机的旋转运动转换为直线运动；一级增力块顶部与矩形贯通凹槽与二级增力块底部的凸块构成一级增力；二级增力块第一斜面和二级增力块第二斜面分别与第一圆柱滚子和第二圆柱滚子接触,并构成二级增力；施加制动时,电机通过滚珠丝杠、双级增力机构、活塞等带动第一摩擦片压向制动盘,在反作用力作用下带动执行器沿导轨向电机侧移动,使第二摩擦片压向制动盘,从而施加制动力,通过调节电机力可调节制动力的大小,该方案可为传统制动系统和未来的主动制动提供解决方案。(The invention provides a one-way two-stage boosting type electromechanical brake actuator based on a rotating motor and a ball screw, which is applied to an automobile and comprises three parts, namely the rotating motor, a motion conversion device, an installation base body and a two-stage boosting mechanism; the motor converts the rotary motion of the motor into linear motion through a ball screw; the top of the first-stage boosting block, the rectangular through groove and the lug at the bottom of the second-stage boosting block form first-stage boosting; the first inclined surface of the second-stage force-increasing block and the second inclined surface of the second-stage force-increasing block are respectively contacted with the first cylindrical roller and the second cylindrical roller to form second-stage force increase; when applying the braking, the motor drives first friction disc through ball screw, doublestage boosting mechanism, piston etc. and presses to the brake disc, drives the executor under the reaction force and moves to the motor side along the guide rail, makes the second friction disc press to the brake disc to exert braking force, through the size of the adjustable braking force of adjusting motor power, this scheme can provide the solution for traditional braking system and future initiative braking.)

一种基于旋转电机和滚珠丝杠的单向双级增力式电子机械制 动执行器

技术领域

本发明属于汽车制动技术领域，具体涉及一种基于旋转电机和滚珠丝杠的单向双级增力式电子机械制动执行器。

背景技术

制动系统作为直接影响汽车行驶安全的重要组成部分，一直就是各大汽车公司研究的热点；如文献《轻型汽车电子机械制动及稳定性控制系统研究》(杨坤.轻型汽车电子机械制动及稳定性控制系统研究[D].长春：吉林大学，2009)所述，电子机械制动作为新兴的制动系统，摒弃了真空助力器、液压管路等体积较大的部件，使得整车底盘布置更简单、更灵活，更具有压力调节速度快、精确，能够显著提高整车制动性能的优点。

除了具有提高传统汽车制动安全方面的优势外，电子机械制动还能有效解决新能源汽车和自动驾驶汽车对制动系统的要求；如文献《基于EMB的解耦式制动能量回收系统研究》(杨坤,高松,王杰,等.基于EMB的解耦式制动能量回收系统研究[J].汽车工程,2016,38(8):1072-1079.)所述，电子机械制动系统可以满足解耦式制动能量回收系统对制动踏板感觉及车轮制动力精确独立调节的需求，并可实现主动制动功能，因此研究电子机械制动系统对提高电动车的经济性，并促进汽车的电动化和智能化具有重要意义，这也使其再次成为汽车制动系统研究关注的对象。

我国目前电子机械制动尚处于研究阶段，如何在满足整车制动需求的前提下，有效减小电子机械制动执行器的体积和质量成为影响其普及应用的关键，为此，本发明在前期研究的基础上提出一种全新结构的电子机械制动执行器，该电子机械制动执行器可以有效减小电子机械制动执行器的体积，并可有效满足大型车辆的制动需求。

本发明提供一种基于旋转电机和滚珠丝杠的单向双级增力式电子机械制动执行器，其技术方案如下：

一种基于旋转电机和滚珠丝杠的单向双级增力式电子机械制动执行器，其特征在于：主要由安装基体、电机及运动转换装置、双级增力机构组成。

所述的电机(1)为旋转电机，电机轴(2)上设有外花键。

所述安装基体包括端盖(4)，执行器外壳和支架。

电机轴(2)穿过端盖(4)上电机轴通孔(25)后，与丝杠(23)上的内花键配合连接。

所述的执行器外壳包括增力机构壳体(6)、制动钳(15)、一级增力块支撑座(21)。

所述的增力机构壳体(6)为筒形结构，增力机构壳体内部端面(B1)上设有第一活塞安装通孔(30)。

在增力机构壳体内部端面(B1)上第一活塞安装通孔(30)的两侧固定安装有第一圆柱导轨支座(32)和第二圆柱导轨支座(36)，第一圆柱导轨支座(32)和第二圆柱导轨支座(36)之间固定安装有圆柱导轨(9)，圆柱导轨(9)平行于一级增力块(7)的上端面，且垂直于电机轴(2)中心轴线；在增力机构壳体(6)内侧的底部固定安装有一级增力块支撑座(21)，一级增力块支撑座(21)顶部设有导向槽(31)，导向槽(31)为矩形结构，一条边平行于电机轴(2)的中心轴线，一条边垂直于电机轴(2)的中心轴线。

所述的制动钳(15)为左右对称结构，中间设有第二活塞安装通孔(39)。

在第二活塞安装通孔(39)上，沿第一摩擦片(14)向增力机构壳体(6)的方向，依次设有第一环形槽(37)和第二环形槽(38)，第一环形槽(37)用于安装防尘圈(13)，第二环形槽(38)用于安装密封圈(12)。

制动钳后端面(A2)与增力机构壳体前端面(C1)固定连接。

增力机构壳体(6)的第一活塞安装通孔(30)与制动钳(15)上的第二活塞安装通孔(39)中心轴线重合且半径相等。

所述的双级增力机构包括有一级增力块(7)、二级增力块(8)、活塞(11)、第一圆柱滚子(20)和第二圆柱滚子(50)。

所述的一级增力块(7)为长方体结构，一级增力块电机侧端面(A3)上设有中心轴线与该平面垂直的螺旋槽通孔(45)，螺旋槽通孔(45)与丝杠(23)上的螺旋槽(42)配合组成滚珠通道，滚珠(22)置于二者之间，组成滚珠丝杠机构；一级增力块(7)的底部设有断面为矩形的导向凸块(46)，导向凸块(46)与一级增力块支撑座(21)上的导向槽(31)相配合，一级增力块支撑座(21)用于支撑一级增力块(7)，并起运动导向作用；一级增力块(7)的顶部设有2个以上矩形贯通凹槽(44)，矩形贯通凹槽(44)的底部平行于一级增力块(7)的上下平面，各凹槽纵向对称线相互平行。

所述的二级增力块(8)的上下端面相互平行，各侧面垂直于其上下端面，二级增力块(8)的下端面设有数目与一级增力块(7)顶部矩形贯通凹槽(44)相等，且位置一一对应的凸块(48)，各凸块(48)嵌入相应的矩形贯通凹槽(44)中，且可以在矩形贯通凹槽(44)中前后移动；二级增力块左端面(A4)上设有中心轴线与该端面垂直的圆形通孔(47)，圆柱导轨(9)穿过圆形通孔(47)，二级增力块(8)可沿圆柱导轨(9)轴向移动，二级增力块第一斜面(B4)和二级增力块第二斜面(C4)分别与第一圆柱滚子(20)和第二圆柱滚子(50)接触，二级增力块第一斜面(B4)和二级增力块第二斜面(C4)为两个形状相同的斜面，二者相互平行，且斜面垂直于上下端面。

所述的活塞(11)主体为圆环形结构，其断面为矩形，活塞前端面(A5)用于固定连接第一摩擦片(14)，在活塞后端面(B5)上固定连接有第一圆柱滚子支座(10)、第二圆柱滚子支座(19)、第三圆柱滚子支座(49)、第四圆柱滚子支座(51)；第一圆柱滚子(20)两端分别通过轴承支撑在第一圆柱滚子支座(10)和第二圆柱滚子支座(19)之间；第二圆柱滚子(50)两端分别通过轴承支撑在第三圆柱滚子支座(49)和第四圆柱滚子支座(51)之间；第一圆柱滚子(20)和第二圆柱滚子(50)的中心轴线相互平行，且均与活塞后端面(B5)平行。

制动力不为0时，第一圆柱滚子(20)始终与二级增力块第一斜面(B4)接触，第二圆柱滚子(50)始终与二级增力块第二斜面(C4)接触；在整个运动过程中，两条接触线相互平行，且与圆形通孔(47)的中心轴线相互垂直，两条接触线所在的平面垂直于电机轴线，且平行于与两斜面对侧的平面。

与传统的制动系统方案相比：本方案可以通过传统旋转电机及相关的传动系统实现传统制动的所有功能，而且可实现主动制动，从而为传统车制动系统、新能源汽车的解耦式制动能量回收和智能驾驶车辆的制动系统提供解决方案。

与现有的电子机械制动执行器相比：本方案采用了旋转电机、运动转换装置、双级增力机构，是一种全新结构的电子机械制动执行器；在相同的体积下，本方案的增力效果更大；另外，本方案采用旋转电机和滚珠丝杠作为制动执行机构，可满足多款车型的需求，尤其可有效满足大型车辆制动力需求大的问题。

附图说明

图1为基于电机和滚珠丝杠的单向双级增力式电子机械制动执行器装配图。

图2为电机(1)右视图。

图3为端盖(4)右视图。

图4为执行器外壳三维图。

图5为执行器外壳剖视图1。

图6为执行器外壳剖视图2(分离状态)。

图7为执行器外壳左视图(A向)。

图8为执行器外壳右视图(B向)。

图9为执行器外壳***图1。

图10为执行器外壳***图2。

图11为丝杠结构图。

图12为双级增力机构一级增力块(7)三维结构图。

图13为双级增力机构一级增力块(7)正视图。

图14为双级增力机构一级增力块(7)俯视图。

图15为双级增力机构二级增力块(8)三维结构图。

图16为双级增力机构二级增力块(8)俯视图。

图17为双级增力机构二级增力块(8)侧视图。

图18为双级增力机构二级增力块(8)仰视图。

图19为双级增力机构活塞(11)三维结构图。

图20为双级增力机构活塞(11)侧视图。

图21为双级增力机构活塞(11)正视图。

图22为双级增力机构增力原理示意图。

图23为支架三维结构图。

图24为支架三维结构***图。

图25为支架正视图。

图26为支架剖视图。

图27为支架安装俯视图。

图28为电子机械制动执行器三维图。

图中：1、电机；2、电机轴；3、电机固定螺栓；4、端盖；5、端盖固定螺栓；6、增力机构壳体；7、一级增力块；8、二级增力块；9、圆柱导轨；10、第一圆柱滚子支座；11、活塞；12、密封圈；13、防尘圈；14、第一摩擦片；15、制动钳；16、制动钳限位横杆；17、第二摩擦片；18、制动盘；19、第二圆柱滚子支座；20、第一圆柱滚子；21、一级增力块支撑座；22、滚珠；23、丝杠；24、第一电机固定螺纹孔；25、电机轴通孔；26、第二电机固定螺纹孔；27、第一端盖固定螺纹孔；28、第一支撑杆；29、第一支撑杆连接孔；30、第一活塞安装通孔；31、导向槽；32、第一圆柱导轨支座；33、第二端盖固定螺纹孔；34、第二支撑杆连接孔；35、第二支撑杆；36、第二圆柱导轨支座；37、第一环形槽；38、第二环形槽；39、第二活塞安装通孔；40、第一圆柱导轨安装孔；41、第二圆柱导轨安装孔；42、螺旋槽；43、内花键孔；44、矩形贯通凹槽；45、螺旋槽通孔；46、导向凸块；47、圆形通孔；48、凸块；49、第三圆柱滚子支座；50、第二圆柱滚子；51、第四圆柱滚子支座；52、活塞中心孔；53、支架第一安装螺纹孔；54、第一支架臂；55、第二支架臂；56、支架第二安装螺纹孔；57、第一支架轮毂固定螺纹孔；58、支架固定横杆；59、第二支架轮毂固定螺纹孔；60、支架第一螺栓；61、支架第二螺栓。

图中各端面、夹角的含义如下：

图4～10中：A1、增力机构壳体后端面；B1、增力机构壳体内部端面；C1、增力机构壳体前端面；A2、制动钳后端面。

图12中：A3、一级增力块电机侧端面(前端面)。

图15～18、23中：A4、二级增力块左端面；B4、二级增力块第一斜面；C4、二级增力块第二斜面。

图19～20中：A5、活塞前端面；B5、活塞后端面。

图22中：A6、活塞中心轴线；B6、一级增力块凹槽中心线或二级增力块凸块中心线；α、活塞中心轴线A6与一级增力块凹槽中心线B6的夹角；β、二级增力块第一斜面斜面B4、二级增力块第二斜面C4与活塞中心轴线A6的夹角。

图23-24中：A7、制动钳限位面；B7、制动钳限位横杆左端面；C7、第二支架臂上端面；D7、第二支架臂前端面；E7、第一支架固定横杆上端面；F7、第二支架固定横杆上端面；G7、第一支架臂前端面；H7、第一支架臂上端面；I7、支架固定横杆前端面。

具体实施方案

本发明提供一种基于旋转电机和滚珠丝杠的单向双级增力式电子机械制动执行器，为使本发明的技术方案及效果更加清楚、明确，参照附图并举实例对本发明进一步详细说明；应当理解，此处所描述的具体实施仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种基于旋转电机和滚珠丝杠的单向双级增力式电子机械制动执行器主要由安装基体、电机及运动转换装置、双级增力机构组成。

所述的电机(1)为旋转电机，电机轴(2)上设有外花键。

如图1所示，所述安装基体包括端盖(4)，执行器外壳和支架。

如图1、3、11所示，电机轴(2)穿过端盖(4)上电机轴通孔(25)后，与丝杠(23)上内花键孔(43)中的内花键配合连接。

如图2所示，电机(1)端部的凸台上设有8个第一电机固定螺纹孔(24)，第一电机固定螺纹孔(24)主要起固定电机的作用，数目不限于8。

如图3所示，端盖(4)上设有1个电机轴通孔(25)、8个第二电机固定螺纹孔(26)、11个第一端盖固定螺纹孔(27)；第二电机固定螺纹孔(26)主要起固定电机的作用，数目不限于8，可根据实际安装情况增减；第一端盖固定螺纹孔(27)用于固定端盖，数目不限于11，可根据实际安装情况增减。

如图1、4-12所示，执行器外壳包括增力机构壳体(6)、制动钳(15)、一级增力块支撑座(21)。

如图4所示，增力机构壳体(6)为筒形结构，增力机构壳体后端面(A1)上设有与第一端盖固定螺纹孔(27)相配合的第二端盖固定螺纹孔(33)，二者数目相同，且位置一一对应。

如图4-6所示，增力机构壳体内部端面(B1)上设有第一活塞安装通孔(30)。

如图4-10，在增力机构壳体内部端面(B1)上第一活塞安装通孔(30)的两侧固定安装有第一圆柱导轨支座(32)和第二圆柱导轨支座(36)，第一圆柱导轨支座(32)和第二圆柱导轨支座(36)之间固定安装有圆柱导轨(9)，圆柱导轨(9)平行于一级增力块(7)的上端面，且垂直于电机轴(2)中心轴线；在增力机构壳体(6)内侧的底部固定安装有一级增力块支撑座(21)，一级增力块支撑座(21)顶部设有导向槽(31)，导向槽(31)为矩形结构，一条边平行于电机轴(2)的中心轴线，一条边垂直于电机轴(2)的中心轴线。

如图7-10所示，制动钳(15)为左右对称结构，中间设有第二活塞安装通孔(39)。

如图5-6所示，在第二活塞安装通孔(39)上，沿第一摩擦片(14)向增力机构壳体(6)的方向，依次设有第一环形槽(37)和第二环形槽(38)，第一环形槽(37)用于安装防尘圈(13)，第二环形槽(38)用于安装密封圈(12)。

如图5-6、9-10所示，制动钳后端面(A2)与增力机构壳体前端面(C1)固定连接；增力机构壳体(6)的第一活塞安装通孔(30)与制动钳(15)上的第二活塞安装通孔(39)中心轴线重合且半径相等。

如图7-9所示，制动钳(15)外部左右两侧对称布置有第一支撑杆(28)和第二支撑杆(35)，第一支撑杆(28)上设有第一支撑杆连接孔(29)，第二支撑杆(35)上设有第二支撑杆连接孔(34)。

如图1、12-22所示，双级增力机构包括有一级增力块(7)、二级增力块(8)、活塞(11)、第一圆柱滚子(20)和第二圆柱滚子(50)。

如图12-14所示，一级增力块(7)为长方体结构，一级增力块电机侧端面(A3)上设有中心轴线与该平面垂直的螺旋槽通孔(45)，螺旋槽通孔(45)与丝杠(23)上的螺旋槽(42)配合组成滚珠通道，滚珠(22)置于二者之间，组成滚珠丝杠机构；一级增力块(7)的底部设有断面为矩形的导向凸块(46)，导向凸块(46)与一级增力块支撑座(21)上的导向槽(31)相配合，一级增力块支撑座(21)用于支撑一级增力块(7)，并起运动导向作用；一级增力块(7)的顶部设有2个以上矩形贯通凹槽(44)，矩形贯通凹槽(44)的底部平行于一级增力块(7)的上下平面，各凹槽纵向对称线相互平行，长度方向上的对称中心面与电机轴(2)的中心轴线成α角，α也是活塞轴线A6与凹槽对称中心线B6的夹角，如图22所示。

如图15-18所示，二级增力块(8)的上下端面相互平行，各侧面垂直于其上下端面，二级增力块(8)的下端面设有数目与一级增力块(7)顶部矩形贯通凹槽(44)相等，且位置一一对应的凸块(48)，各凸块(48)嵌入相应的矩形贯通凹槽(44)中，且可以在矩形贯通凹槽(44)中前后移动。

二级增力块左端面(A4)上设有中心轴线与该端面垂直的圆形通孔(47)，圆柱导轨(9)穿过圆形通孔(47)，二级增力块(8)可沿圆柱导轨(9)轴向移动，二级增力块第一斜面(B4)和二级增力块第二斜面(C4)分别与第一圆柱滚子(20)和第二圆柱滚子(50)接触，二级增力块第一斜面(B4)和二级增力块第二斜面(C4)为两个形状相同的斜面，二者相互平行，且斜面垂直于上下端面，二级增力块第一斜面(B4)和二级增力块第二斜面(C4)与电机轴(2)的中心轴线成β角，β角也是二级增力块第一斜面(B4)和二级增力块第二斜面(C4)与活塞(11)中心轴线A6的夹角，如图22所示。

如图19-21所示，活塞(11)主体为圆环形结构，其断面为矩形，活塞前端面(A5)用于固定连接第一摩擦片(14)，在活塞后端面(B5)上固定连接有第一圆柱滚子支座(10)、第二圆柱滚子支座(19)、第三圆柱滚子支座(49)、第四圆柱滚子支座(51)；第一圆柱滚子(20)两端分别通过轴承支撑在第一圆柱滚子支座(10)和第二圆柱滚子支座(19)之间；第二圆柱滚子(50)两端分别通过轴承支撑在第三圆柱滚子支座(49)和第四圆柱滚子支座(51)之间；第一圆柱滚子(20)和第二圆柱滚子(50)的中心轴线相互平行，且均与活塞后端面(B5)平行。

制动力不为0时，如图22所示，第一圆柱滚子(20)始终与二级增力块第一斜面(B4)接触，第二圆柱滚子(50)始终与二级增力块第二斜面(C4)接触；在整个运动过程中，两条接触线相互平行，且与圆形通孔(47)的中心轴线相互垂直，两条接触线所在的平面垂直于电机轴线，且平行于二级增力块第一斜面(B4)和二级增力块第二斜面(C4)对侧的平面。

如图23～27，支架由第一支架臂(54)、制动钳限位横杆(16)、第二支架臂(55)和支架固定横杆(58)组成，第一支架臂(54)、制动钳限位横杆(16)和第二支架臂(55)均为长方体结构。

如图23-24所示，在第一支架臂(54)的长度方向上设有支架第一安装螺纹孔(53)，支架第一安装螺纹孔(53)的中心轴线垂直于第一支架臂前端面(G7)；在第二支架臂(55)的长度方向上设有支架第二安装螺纹孔(56)，支架第二安装螺纹孔(56)的中心轴线垂直于第二支架臂前端面(D7)；第一支架臂(54)通过与第一支架臂前端面(G7)相对的端面与制动钳限位横杆(16)的制动钳限位面(A7)固定连接；第二支架臂(55)通过与第二支架臂前端面(D7)相对的端面与制动钳限位横杆(16)的制动钳限位面(A7)固定连接；第二支架臂(55)位于制动钳限位横杆左端面(B7)侧，第一支架臂(54)位于与端面(B7)相对的一端；三者组成一个U形支架；支架固定横杆(58)为U型结构，在其前端面(I7)上对称设有中心轴线与前端面(I7)垂直的第一支架轮毂固定螺纹孔(57)和第二支架轮毂固定螺纹孔(59)，可通过第一支架轮毂固定螺纹孔(57)和第二支架轮毂固定螺纹孔(59)及螺栓与轮毂固定连接；第二支架臂(55)通过与第二支架臂上端面(C7)相对的端面与第一支架固定横杆上端面(E7)固定连接；第一支架臂(54)通过与第一支架臂上端面(H7)相对的端面与第二支架固定横杆上端面(F7)固定连接；安装后支架如图23所示。

如图27所示，第一支撑杆连接孔(29)与支架第二安装螺纹孔(56)相对应，通过支架第二螺栓(61)与执行器外壳固定连接；第二支撑杆连接孔(34)与支架第一安装螺纹孔(53)相对应，通过支架第一螺栓(60)与执行器外壳固定连接。

本发明提出的基于旋转电机和滚珠丝杠的单向双级增力式电子机械制动执行器工作原理如下：

施加制动和调节制动力大小的过程如下：

当驾驶员踩下制动踏板时，电机(1)通电，电机轴(2)转动，通过花键带动丝杠(23)转动，丝杠(23)通过滚珠(22)带动一级增力块(7)往前移动，在导向凸块(46)和导向槽(31)的支撑和限位作用下，一级增力块(7)只能做平移运动，一级增力块(7)上的矩形贯通凹槽(44)通过二级增力块(8)上的凸块(48)推动二级增力块(8)运动，二级增力块(8)在圆柱导轨(9)的限位作用下，不能前后移动，而只能做左右移动，当一级增力块(7)往前移动时，二级增力块(8)只能往右平移，即二级增力块第一斜面(B4)和二级增力块第二斜面(C4)均往右平移，相应的通过第一圆柱滚子(20)和第二圆柱滚子(50)推动活塞(11)运动，在第一活塞安装通孔(30)和第二活塞安装通孔(39)的限位作用下，活塞(11)只能向前移动，从而推动第一摩擦片(14)压向制动盘(18)，当第一摩擦片(14)与制动盘(18)接触后，整个执行器在第一摩擦片(14)施加给制动盘(18)正压力的反作用下往电机侧移动，从而使第二摩擦片(17)压向制动盘(18)，最终通过第一摩擦片(14)和第二摩擦片(17)对制动盘施加制动力。

在施加制动的过程中，驾驶员通过制动踏板开度控制电机(1)输出电机力矩的大小，从而可实现对制动力大小的调节。

撤销制动的过程如下：

当驾驶员松开制动踏板时，电机(1)通电，电机轴(2)转动，通过花键带动丝杠(23)转动，丝杠(23)通过滚珠(22)带动一级增力块(7)往后移动，在导向凸块(46)和导向槽(31)的限位作用下，一级增力块(7)只能做平移运动，一级增力块(7)上的矩形贯通凹槽(44)通过二级增力块(8)上的凸块(48)拉动二级增力块(8)运动，二级增力块(8)在圆柱导轨(9)的支撑限位作用下，不能前后移动，而只能做左右移动，当一级增力块(7)相应往后移动时，二级增力块(8)只能往左平移，即二级增力块第一斜面(B4)和二级增力块第二斜面(C4)均往左平移，相应的通过第一圆柱滚子(20)和第二圆柱滚子(50)减少施加给活塞(11)的压力，即施加给制动盘的压力减小，当电机(1)施加给活塞(11)的压力减为0后，在制动盘的旋转运动下，第一摩擦片(14)和第二摩擦片(17)脱离制动盘(18)，施加给制动盘的制动压力减小为0。